CN109404209A - 一种波浪能发电系统及波浪能发电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波浪能发电系统及波浪能发电方法，其利用波浪能进行发电。包括浮动装置、直线发电机、导向组件。在波浪上升阶段，受波浪驱动的浮动装置驱动直线发电机的动子向上运动进行发电，此时流体能够进入浮动装置的流体容纳部内；在波浪下降阶段，流体容纳部能够阻止进入到流体容纳部内部的流体流出流体容纳部，浮动装置的重力势能与流体容纳部中所容纳流体的重力势能同时作为动子的驱动能量驱动动子向下运动进行发电。该发电系统及方法能够充分利用波浪蕴含的能量，提高波浪能发电的效率。

Description

一种波浪能发电系统及波浪能发电方法
技术领域
本发明涉及一种利用波浪能发电的发电系统及波浪能发电方法。
背景技术
波浪能发电装置是一种将波浪的机械运动转换为电能的装置。波浪能发电装置种类繁多，其中，漂浮直驱式波浪能发电装置是通过直线电机将波浪能转换成电能的一种新型发电装置，主要由振荡浮子和直线发电机等组成。漂浮直驱式波浪能装置利用浮子的起伏带动直线电机动子作上下往复运动，直接将波浪能转换为电能而无需齿轮箱、液压系统等复杂中间转换装置，因此可靠性高，维修量少。
现有的单机大容量漂浮直驱式波浪能发电装置利用浮子在上升过程中受到的浮力提供直线电机的能量输入，而在下降过程中由于浮子较轻，直线发电机几乎不发电，导致波浪能发电装置整体发电效率低。本发明正是为了解决波浪能利用效率而提供了一种波浪能发电系统及其发电方法。
发明内容
本发明的目的就是提供一种能有效利用波浪能的发电系统，以解决现有波浪能发电系统中存在的相关技术问题。采用的技术方案如下：
一种波浪能发电系统，包括浮动装置、直线发电机，其特征在于：
所述浮动装置包括浮子、流体容纳部、固定架，所述流体容纳部与所述浮子同轴固定至所述固定架；所述流体容纳部、所述固定架与所述浮子一起随着流体形成的波浪上下运动；在波浪上升阶段，流体能够进入流体容纳部；在波浪下降阶段，所述流体容纳部能够阻止进入到所述流体容纳部内部的流体流出所述流体容纳部；
所述直线发电机包括定子和动子，所述定子固定至流体底部，所述动子的动子轴与所述固定架的动力输出端固定连接；
还包括导向组件，其用于引导浮动装置沿着波浪的起伏方向往复运动。
进一步的，在波浪下降阶段，所述流体容纳部能够阻止进入到所述流体容纳部内部的流体流出流体容纳部，以使浮动装置的总质量能够包含容纳在所述流体容纳部中的流体的质量。
进一步的，所述流体容纳部位于所述浮子的内侧或外侧或者下方。
进一步的，所述固定架包括杆组件和框架组件，所述杆组件位于所述浮动装置的中心轴上，所述框架组件围绕所述杆组件设置且与所述杆组件固定连接；所述流体容纳部与所述浮子均固定至所述框架组件。
进一步的，所述杆组件的底端为机械能输出端。
进一步的，所述直线发电机包括铜绕组励磁直线电机、永磁直线电机、超导直线电机。
进一步的，所述导向组件包括底座、支架、导向杆、导向轴套、限位装置、顶部连接组件；底座的底部与流体底部固定连接；支架的底部固定至底座的顶部；导向杆的一端固定至支架的顶部，导向杆的另一端固定至顶部连接组件；导向轴套套接在导向杆上，导向轴套固定在浮动装置的外周上，使得当浮动装置随着流体上下运动时，能够限定浮动装置沿着导向杆的轴向方向移动；限位装置用于限制浮动装置上下往复运动的位移。
本发明还公开了一种波浪能发电方法，采用的技术方案如下：
一种波浪能发电方法，利用波浪的起伏运动来驱动直线发电机将波浪能转换为电能，其特征在于：在波浪上升阶段，波浪驱动浮动装置向上运动，向上运动的浮动装置驱动直线发电机的动子向上运动进行发电，同时，流体能够进入浮动装置的流体容纳部内；在波浪下降阶段，所述流体容纳部能够阻止进入到所述流体容纳部内部的流体流出所述流体容纳部，浮动装置的重力势能与流体容纳部中所容纳流体的重力势能同时作为动子的驱动能量驱动动子向下运动进行发电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、在波浪上升过程中储存部分流体在浮动装置中；在波浪下降过程中，除利用到浮动装置本身的重力势能，同时充分利用到流体容纳部中所容纳流体的重力势能。这样，若利用该浮动装置给某装置提供一定的能量输入，只需保证浮动装置的尺寸使其在波浪上升过程中提供足够大的能量输入，而在波浪下降过程中，浮动装置重量不足以给该装置提供足够的能量输入可通过利用进入到流体容纳部中的流体的重力势能来弥补，从而达到提高波浪能利用率的技术效果。
二、由于在波浪下降过程中充分利用到流体容纳部中流体的重力势能，可有效减小浮子质量，在单机大容量的系统中能够显著降低浮动装置成本。
附图说明
附图1：浮动装置的主视图
附图2：浮动装置的正视图
附图3：浮动装置的俯视图
附图4：附图2中A-A剖视图
附图5：附图3中B-B剖视图
附图6：杆组件的主视图
附图7：杆组件的正视图
附图8：杆组件的俯视图
附图9：框架组件的主视图
附图10：框架组件的正视图
附图11：框架组件的俯视图
附图12：框架组件的仰视图
附图13：附图11中C-C剖视图
附图14：斜拉件的主视图
附图15：流体容纳部的主视图
附图16：流体容纳部的俯视图
附图17：盖板组件的爆炸图
附图18：发电系统主视图
附图19：发电系统正视图
附图20：图18中II放大图
附图21：图19中III放大图
附图22：浮动装置另一实施例的主视图
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加的清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明作进一步详细说明。值得一提的是，这些描述只是示例性的，并非要限制本发明的应用范围。
本发明中的波浪能发电系统利用波浪驱动浮动装置，进而利用浮动装置驱动直线发电机进行发电，该系统具体包括浮动装置1、直线发电机、导向组件。
浮动装置1的一个实施例如下：
如图1-5所示，浮动装置1包括杆组件100、浮子200、框架组件300、流体容纳部400。杆组件100位于浮动装置1的中心轴上，浮子200、框架组件300、流体容纳部400均围绕杆组件100设置，杆组件100其底端为动力输出端。浮子200、流体容纳部400均通过框架组件300固定连接至杆组件100。流体容纳部400与浮子200位于同一水平面上。流体容纳部400可以位于浮子200内侧，也可以是浮子200位于流体容纳部400内侧。
如图6-8所示，杆组件100包括中心柱110、多个上连接件120、多个下连接件140、多个上斜拉连接件150、多个下斜拉连接件160。8个上连接件120在周向上均匀固定在中心柱110顶端的外周，如图8所示；当然，上连接件120的数量也可以为其它数量。8个下连接件140在周向上均匀固定在中心柱110底端的外周，如图6、7所示。8个上斜拉连接件150、8个下斜拉连接件160分别在周向上均匀固定在中心柱110的位于上连接件120和下连接件140之间的外周上，且上斜拉连接件150在下斜拉连接件160的上方。当然，下连接件140、上斜拉连接件150、下斜拉连接件160的数量均与上连接件120的数量一致，且可以为其它数量。中心柱110可以为圆柱形，如图6所示；中心柱110也可以为方柱形、多边柱形等其它形状。
浮子200可以采用现有任何能够产生浮力的技术制作，本发明不做限制。
框架组件300包括多个上径向支撑件310、上内环支撑件311、上中环支撑件一312、上中环支撑件二313、上中环支撑件三314、上外环支撑件315、上环周支撑件316、上支撑板317、中环周支撑件326、下径向支撑件330、下内环支撑件331、下中环支撑件一332、下中环支撑件二333、下中环支撑件三334、下外环支撑件335、下环周支撑件336、下支撑板337斜拉件350、轴向支撑件360，如图9-13所示。
如图11、13所示，8个上径向支撑件310的一端分别通过上连接件120连接至中心柱110。上径向支撑件310的另一端通过斜拉件350连接轴向支撑件360的一端，轴向支撑件360与中心柱110平行设置。上内环支撑件311、上中环支撑件一312、上中环支撑件二313、上中环支撑件三314、上外环支撑件315分别沿径向由里至外布置，用于连接相邻两上径向支撑件310。
如图12-13所示，8个下径向支撑件330的一端分别通过下连接件140连接至中心柱110。下径向支撑件330的另一端通过斜拉件350连接轴向支撑件360的另一端。下内环支撑件331、下中环支撑件一332、下中环支撑件二333、下中环支撑件三334、下外环支撑件335分别沿径向由里至外布置，用于连接相邻两下径向支撑件330。上环周支撑件316、中环周支撑件326、下环周支撑件336分别沿轴向布置，分别连接在相邻的两轴向支撑件360的上端、中部和下端，用于支撑相邻的两轴向支撑件360，如图10所示。
如图14所示，斜拉件350包括X形梁351、斜拉连接板352、第一筋353、轴向件连接板354、径向件连接板355、第二筋356、第三筋357、横拉杆358、竖拉杆359。上径向支撑件310和下径向支撑件330的另一端分别连接在斜拉件350的两径向件连接板355上，轴向支撑件360的上端和下端分别连接在斜拉件350的两轴向件连接板354上。两斜拉连接板352分别与上斜拉连接件150、下斜拉连接件160连接。
流体容纳部400包括容纳本体410。容纳本体410呈扇形体，如图15所示；容纳本体410也可以为圆环状或其他形状。容纳本体410为上部开口、内部具有容纳流体的空间的结构，在容纳本体410的底部开设有多个流体通孔421，每个流体通孔421上设置有盖板组件422，如图15、16所示。盖板组件422包括左盖板4221、右盖板4222、支撑轴4223、支座一4224、支座二4225、止挡4226，如图17所示。多个流体通孔421用于在浮动装置上升过程中流体进入到容纳本体410内部。支座一4224、支座二4225分别固定连接在容纳本体410的内底部。支座一4224、支座二4225之间固定连接支撑轴4223。左盖板4221和右盖板4222均为半圆形，且均在直径侧边具有伸出端，伸出端内部具有圆形中空部，该中空部用于容纳支撑轴4223，使得左盖板4221和右盖板4222可以绕支撑轴4223转动。左盖板4221的伸出端和右盖板4222的伸出端互补配合，且左盖板4221的伸出端位于外侧，右盖板4222的伸出端位于中部。在支撑轴4223上设置有两个方向向上延伸的止挡4226，且止挡4226位于左盖板4221的伸出端和右盖板4222的伸出端之间的间隙中。止挡4226用于控制左盖板4221和右盖板4222的转动角度。
浮动装置1通过浮子200受到的浮力而漂浮在流体表面，由于流体容纳部400与浮子200位于同一水平面，此时流体容纳部400中进入一定的流体。当流体存在起伏波浪时，在波浪上升阶段，浮子200受浮力作用，驱动浮动装置1随着波浪一起上升。在波浪下降阶段，由于浮动装置的运动滞后于波浪，流体容纳部400中的流体不能快速流出流体容纳部400，进而杆组件100的动力输出端将承受浮动装置和流体容纳部400中容纳的流体的总重力，由此可以实现增大输出端的机械能。
浮动装置1的另一实施例如图22所示：浮动装置1包括杆组件100、浮子200、框架组件300、流体容纳部400。杆组件100位于浮动装置1的中心轴上，浮子200、框架组件300、流体容纳部400均围绕杆组件100设置，杆组件100其底端为动力输出端。浮子200、流体容纳部400均通过框架组件300固定连接至杆组件100。流体容纳部400位于浮子200的下方。
此时，浮动装置1通过浮子200受到的浮力而漂浮在流体表面，由于流体容纳部400位于浮子200下方，此时流体容纳部400中充满流体。当流体存在起伏波浪时，在波浪上升阶段，浮子200受浮力作用，驱动浮动装置1随着波浪一起上升。在波浪下降阶段，由于浮动装置的运动滞后于波浪，流体容纳部400中的流体不能快速流出流体容纳部400，进而杆组件100的动力输出端将承受浮动装置和流体容纳部400中容纳的流体的总重力，由此可以实现增大输出端的机械能。
直线发电机包括定子21和动子。直线发电机的轴向为沿着动子运动的方向。直线发电机的定子竖直固定在与流体底部固定连接的基座23上。动子通过动子轴22上的法兰221与浮动装置1上的杆组件100底端上的法兰盘1001固定连接，如图21所示。直线发电机包括铜绕组励磁直线电机、永磁直线电机、超导直线电机等直线型发电机。
导向组件包括底座31、支架32、导向杆33、导向轴套、限位装置、顶部连接组件4。底座31的底部与流体底部固定连接。支架32的底部固定至底座31的顶部，由底座31支撑支架32。导向杆33的一端固定至支架32的顶部，导向杆33的另一端固定至顶部连接组件4。导向轴套套接在导向杆33上，导向轴套固定在浮动装置1的外周上，使得当浮动装置1随着流体上下移动时，能够限定浮动装置1沿着导向杆33的轴向方向移动。限位装置用于限制浮动装置上下往复运动的位移，保证直线电机的安全运行。限位装置可以为设置在直线电机定子与动子之间的缓冲设备，也可以是浮动装置与导向组件之间的缓冲设备。
具体的，如图18-20所示，发电系统包括四组导向组件，且每组导向组件包括上导向轴套37和下导向轴套36，两导向轴套套接在导向杆33上，使得两导向轴套可以在导向杆33上滑动。两导向轴套分别固定在浮动装置1的外周上部和外周下部，使得当浮动装置1随着流体上下移动时，能够限定浮动装置1沿着导向杆33的轴向方向移动。当然，导向组件和导向轴套也可以为其它数量。限位装置包括设置在导向杆33上部和下部的上缓冲设备35、下缓冲设备34。缓冲设备35、34可以为弹簧或者柔性的具有伸缩能力的材料。当流体驱动浮动装置上升至上导向轴套37触碰并挤压上缓冲设备35时，上缓冲设备35可以缓冲并阻止浮动装置的进一步上升。当浮动装置下降至下导向轴套36触碰并挤压下缓冲设备34时，下缓冲设备34可以缓冲并阻止浮动装置的进一步下降。当然，缓冲设备也可以设置在浮动装置的底部，进而在支架32上设置与缓冲设备相配合的支撑部件。
本发明还公开了一种波浪能发电方法，在波浪上升阶段，波浪驱动浮动装置1向上运动，向上运动的浮动装置1驱动直线发电机的动子向上运动进行发电，同时，流体能够进入浮动装置1的流体容纳部400内；在波浪下降阶段，流体容纳部400能够阻止进入到流体容纳部400内部的流体流出流体容纳部400，浮动装置1的重力势能与流体容纳部中所容纳流体的重力势能同时作为动子的驱动能量驱动动子向下运动进行发电。

Claims (8)

1.一种波浪能发电系统，包括浮动装置、直线发电机，其特征在于：
所述浮动装置包括浮子、流体容纳部、固定架，所述流体容纳部与所述浮子同轴固定至所述固定架；所述流体容纳部、所述固定架与所述浮子一起随着流体形成的波浪上下运动；在波浪上升阶段，流体能够进入流体容纳部；在波浪下降阶段，所述流体容纳部能够阻止进入到所述流体容纳部内部的流体流出所述流体容纳部；
所述直线发电机包括定子和动子，所述定子固定至流体底部，所述动子的动子轴与所述固定架的动力输出端固定连接；
还包括导向组件，其用于引导浮动装置沿着波浪的起伏方向往复运动。
2.根据权利要求1所述的波浪能发电系统，其特征在于：在波浪下降阶段，所述流体容纳部能够阻止进入到所述流体容纳部内部的流体流出流体容纳部，以使浮动装置的总质量能够包含容纳在所述流体容纳部中的流体的质量。
3.根据权利要求1-2任一项所述的波浪能发电系统，其特征在于：所述流体容纳部位于所述浮子的内侧或外侧或者下方。
4.根据权利要求1-3任一项所述的波浪能发电系统，其特征在于：所述固定架包括杆组件和框架组件，所述杆组件位于所述浮动装置的中心轴上，所述框架组件围绕所述杆组件设置且与所述杆组件固定连接；所述流体容纳部与所述浮子均固定至所述框架组件。
5.根据权利要求1-4任一项所述的波浪能发电系统，其特征在于：所述杆组件的底端为机械能输出端。
6.根据权利要求1-5任一项所述的波浪能发电系统，其特征在于：所述直线发电机包括铜绕组励磁直线电机、永磁直线电机、超导直线电机。
7.根据权利要求1-6任一项所述的波浪能发电系统，其特征在于：所述导向组件包括底座、支架、导向杆、导向轴套、限位装置、顶部连接组件；底座的底部与流体底部固定连接；支架的底部固定至底座的顶部；导向杆的一端固定至支架的顶部，导向杆的另一端固定至顶部连接组件；导向轴套套接在导向杆上，导向轴套固定在浮动装置的外周上，使得当浮动装置随着流体上下运动时，能够限定浮动装置沿着导向杆的轴向方向移动；限位装置用于限制浮动装置上下往复运动的位移。
8.一种波浪能发电方法，利用波浪的起伏运动来驱动直线发电机将波浪能转换为电能，其特征在于：在波浪上升阶段，波浪驱动浮动装置向上运动，向上运动的浮动装置驱动直线发电机的动子向上运动进行发电，同时，流体能够进入浮动装置的流体容纳部内；在波浪下降阶段，所述流体容纳部能够阻止进入到所述流体容纳部内部的流体流出所述流体容纳部，浮动装置的重力势能与流体容纳部中所容纳流体的重力势能同时作为动子的驱动能量驱动动子向下运动进行发电。
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